Síntesis de un ester comercial

Universidad de la serena
Facultad de ciencias
Departamento de QuÃ-mica
SÃ-ntesis de un Ester Comercial:
La Aspirina.
Contenido Páginas
Historia de la Aspirina. 1
Introducción.. 2
Reacciones involucradas en la SÃ-ntesis de la Aspirina. 3
SÃ-ntesis de un Ester comercial: La Aspirina.. 4
Fundamento de la reacción 5
Mecanismo de la Reacción 6
CaracterÃ-sticas de los reactivos participantes 7
Cálculos y Resultados.. 11
Conclusión y Discusión..... 14
BibliografÃ-a. 15
Historia de la Aspirina
La Aspirina es un analgésico eficaz contra el dolor de cabeza, es también un agente antiinflamatorio que
proporciona alivio a la inflamación asociada a la artritis y heridas menores. También es un compuesto
antipirético, ya que reduce la fiebre
El uso de la aspirina o ácido acetilsalicÃ-lico se remonta a finales del siglo XIX. Desde antes de
Hipócrates, 400 a.C., se sabe que la fiebre disminuye masticando la corteza de un sauce.
En 1827 se encontró que el agente activo en dicha corteza es un compuesto aromático llamado
SALICINA, el cual puede convertirse en el alcohol salicÃ-lico haciéndolo reaccionar con agua
(hidrólisis); luego, al oxidarlo, el resultado es ácido salicÃ-lico. Este ácido resultó más efectivo que la
salicina en el tratamiento de las fiebres; además, posee propiedades antiinflamatorias y analgésicas.
Sin embargo, a pesar de ser un medicamento muy utilizado presenta algunos inconvenientes, tales como:
a) Producen irritación de la mucosa gástrica, por lo que esta contraindicado en pacientes con ulceras,
además puede causar sangrado del estómago y reacciones alérgicas a quienes la consumen por tiempo
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prolongado.
b) Disminuye la capacidad de coagulación de la sangre.
c) Su toxicidad es tal que sólo unos 15 gr. pueden ser fatales para un niño pequeño
d) Aún más seria es una condición, llamada SÃ-ndrome de Reye, reacción potencialmente fatal que se
observa algunas veces en los niños que se recuperan de la gripe.
INTRODUCCION
El Ãcido AcetilsalicÃ-lico se sintetiza a partir de Acido SalicÃ-lico y AnhÃ-drido Acético, según la
reacción que analizaremos más adelante. Una vez sintetizado el ácido acetilsalicÃ-lico es necesario
cristalizarlo para eliminar las impurezas que contiene. Este proceso debe realizarse una o más veces hasta
lograr el producto puro deseado.
El ácido acetilsalicÃ-lico se comercializa con el nombre de la ASPIRINA por la casa Bayer, siendo uno de
los medicamentos más consumidos en el mundo.
Para la sÃ-ntesis de aspirina se utilizan dos reactivos de gran importancia: el AnhÃ-drido Acético, que se
obtiene a partir de la reacción de cetena ( C2H2O) con Ãcido Acético (C4H6O3) y el Ãcido
SalicÃ-lico que se obtiene al hacer reaccionar Fenóxido Sódico
(C6H55ONa) con Dióxido de Carbono (CO2) a 125 ºC y a 100 atm, para dar Salicilato Sódico
(C7HO3Na) que en medio ácido da como producto Ãcido Salicilico (C7H6O3).
El Ãcido SalicÃ-lico se prepara mediante la sÃ-ntesis de Kolbe− Schmitt, en la cual los fenoles o sus sales
sódicas sufren una orto carboxilación altamente regioselectiva con dióxido de carbono, alta temperatura y
presión. Luego la reacción es llevada a medio ácido.
El Ãcido AcetilsalicÃ-lico se prepara por acetilación del grupo hidroxilofenólico del ácido SalicÃ-lico
El ácido acetilsalicÃ-lico puede estar parcialmente hidrolizado; esto se puede identificar fácilmente por el
olor a acido acético, que además podemos reconocerlo haciendo un ensayo con FeCl3 (cloruro de hierro),
observando asÃ- la aparición de una coloración violeta. Esta reacción es utilizada en laboratorio para la
identificación del ión acetato.
Reacciones involucradas en la sÃ-ntesis de la Aspirina
1. Reacción General de la sÃ-ntesis del Ãcido AcetilsalicÃ-lico:
2. Reacción de formación del Ãcido SalicÃ-lico:
3. Reacción de formación del AnhÃ-drido Acético:
SÃNTESIS DE UN ÉSTER COMERCIAL.: LA ASPIRINA
PROCEDIMIENTO:
Coloque 5.0 g de ácido salicÃ-lico (Nota 1) en un matraz Erlenmeyer de 125 mL, cubra los cristales con 5.0
mL de anhÃ-drido acético (Nota 2), (d=1.08). Agregue 5 a 10 gotas de ácido sulfúrico concentrado
(Nota 3) a la mezcla, caliente el matraz en un baño de agua hirviendo durante 5 minutos. Saque el matraz y
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agregue 20 a 30 mL de agua destilada enfriada con hielo (Nota 4). EnfrÃ-e la solución hasta completa
cristalización.
Luego de separar los cristales mediante filtración, recristalice la aspirina por disolución de los cristales en
20 mL de alcohol etÃ-lico (Nota 5) en un vaso de 200 mL, calentando en un baño de agua. Luego agregue
50 mL de agua tibia (Nota 6) a la solución. Si algún sólido se forma en este punto continúe calentando
hasta su completa disolución. Filtre en caliente y reciba el filtrado en un vaso, cúbralo con un vidrio de
reloj y permita que se enfrÃ-e lentamente.
Continúe enfriando en un baño de hielo evitando que congele la solución. Hermosos cristales semejantes
a agujas deben obtenerse. Recobre los cristales por filtración, séquelos y péselos.
Nota 1: A partir de la acetilación de este reactivo se sintetiza la Aspirina.
Nota 2: El AnhÃ-drido Acético es el mejor grupo acetilante, este reactivo se puede reemplazar por haluros
de ácidos, sin embargo la reacción producida es más lenta, es por esta razón que utilizamos el reactivo
mencionado.
Nota 3: El ácido sulfúrico sirve en este caso tanto de catalizador como de sustancia higroscópica, ya que
absorbe el agua formada en la reacción, generando además los H+ necesarios para llevar acabo la reacción
Nota 4: Utilizamos el agua destilada enfriada con hielo para descomponer cualquier exceso de anhÃ-drido
acético que haya quedado.
Nota 5: El alcohol etÃ-lico lo utilizamos como solvente para la recristalizacion de la aspirina. Si bien la
aspirina es muy soluble en agua no la utilizamos en esta experiencia debido a que el agua hidroliza a los
ésteres.
Nota 6: Utilizamos el agua tibia, debido a que el método de recristalización usado fue el por cambio de
temperatura, ya que la solubilidad de la aspirina aumenta conforme aumenta la temperatura.
Este proceso fue realizado para purificar el compuesto obtenido.
Fundamento de la Reacción
Dada la importancia de los ésteres se han desarrollado muchos procesos para obtener ésteres. El más
común es el calentamiento de una mezcla del alcohol y del ácido correspondiente con ácido sulfúrico,
utilizando el reactivo más económico en exceso para aumentar el rendimiento (esterificación de Fischer).
El ácido sulfúrico sirve en este caso tanto de catalizador como de sustancia higroscópica que absorbe el
agua formada en la reacción. A veces es sustituido por ácido fosfórico concentrado.
En la práctica este procedimiento tiene varios inconvenientes. El alcohol puede sufrir reacciones de
eliminación formando olefinas, esterificación con el propio ácido sulfúrico o de formación del éter ,
y el ácido orgánico puede sufrir decarboxilación. Además se requieren temperaturas elevadas y tiempos
de reacción largos.
Por esto a menudo se utilizan derivados del ácido más activos. En la sÃ-ntesis del ácido acetilsalicÃ-lico
por ejemplo (el éster entre en el grupo hidroxi del ácido salicÃ-lico y del ácido acético) se parte del
anhÃ-drido acético y del ácido salicÃ-lico que actúa como alcohol. En vez de agua se libera una
molécula de ácido acético que puede ser separada fácilmente del producto:
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La reacción de la esterificación pasa por un ataque nucleofÃ-lico del oxÃ-geno de una molécula del
alcohol al carbono del grupo carboxÃ-lico. El protón migra al grupo hidroxi del ácido que luego es
eliminado como agua. El rol del catalizador es el de aumentar la actividad carbonÃ-lica (la carga parcial
positiva sobre el átomo de carbono) por protonación de uno de los oxÃ-genos del ácido. Lo mismo se
puede conseguir utilizando derivados más activos del ácido como los haluros o los anhÃ-dridos.
Mecanismo de la Reacción
CaracterÃ-sticas de los reactivos participantes.
Tabla Nº 1: Tabla de datos de propiedades fÃ-sicas de los reactivos y productos utilizados en la sÃ-ntesis de
aspirina (extraÃ-do Hand Book, 1973)
Reactivos o
PM
productos
Pf
Solubilidad
Peb
D
(ºC) (ºC)
Agua
Alcohol Éter
AnhÃ-drido
102.09 − 73
Acético
Ãcido
SalicÃ-lico
Ãcido
Sulfúrico
Aspirina
140.0 1.08
âˆ
âˆ
âˆ
125
4525
2825
1.831820 m.s
−−−−
−−−−
258.23 148−9
98.08
10.3
330
180.16 135−6
137
m.s, dl 520
Significado:
• ∠: soluble en todas las proporciones
• m.s : muy soluble
• d.l : débilmente soluble
AnhÃ-drido Acético
Tabla Nº 2: Efectos producidos por el AnhÃ-drido Acético.
AnhÃ-drido Acético
a) Ingestión accidental: Quemaduras en
la boca, nauseas , vómito, daño a tracto
digestivo.
Por exposición
aguda
b) Inhalación: Irritación del tracto
respiratorio, bronquitis, edema pulmonar.
c) Piel (Contacto y absorción):
Quemaduras, inflamación, daño del
tejido.
d) Ojos: Quemaduras, conjuntivitis, visión
borrosa, destrucción de córnea.
ESTADO FISICO; ASPECTO
LÃ-quido incoloro, muy móvil, de olor acre.
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PELIGROS QUIMICOS
La sustancia se descompone al calentarla intensamente, produciendo humos tóxicos y gases incluyendo
acético. Reacciona violentamente con agua hirviendo, vapor de agua, oxidantes fuertes, alcoholes, aminas,
bases fuertes y muchos otros compuestos. Ataca a muchos metales en presencia de agua. El lÃ-quido es muy
corrosivo, especialmente en presencia de agua o humedad (véanse Notas).
. VIAS DE EXPOSICION
La sustancia se puede absorber por inhalación del vapor.
RIESGO DE INHALACION
Por evaporación de esta sustancia a 20°C se puede alcanzar bastante rápidamente una concentración
nociva en el aire.
EFECTOS DE EXPOSICION DE CORTA DURACION
Lacrimógena. La sustancia es corrosiva para los ojos, la piel y el tracto respiratorio. La inhalación del
vapor puede originar edema pulmonar (véanse Notas). Los efectos pueden aparecer de forma no inmediata.
Se recomienda vigilancia médica.
EFECTOS DE EXPOSICION PROLONGADA O REPETIDA
El contacto prolongado o repetido con la piel puede producir dermatitis.
Punto de ebullición: 139°C
Punto de fusión: −73°C
Densidad relativa : 1.08 g/ml
Solubilidad en agua: Reacciona
Punto de inflamación: 49°C
Temperatura de autoignición: 316°C
Acido SalicÃ-lico
Tabla Nº 3: Efectos producidos por el Acido SalicÃ-lico.
Acido SalicÃ-lico
a) Ingestión accidental: Náusea,
vómitos, zumbido en los oÃ-dos.
Por exposición
aguda
b) Inhalación: Tos, dolor de garganta
c) Piel (Contacto y absorción): PUEDE
ABSORBERSE! Enrojecimiento, dolor.
d) Ojos: Dolor, enrojecimiento, visión
borrosa.
ESTADO FISICO; ASPECTO
Polvo cristalino incoloro o cristales en forma de aguja.
PELIGROS FISICOS
Es posible la explosión de polvo si se encuentra mezclada con el aire en forma
pulverulenta o granular.
PELIGROS QUIMICOS
La sustancia se descompone al calentar intensamente produciendo vapores de fenol. La
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sustancia es moderadamente ácida. Reacciona violentamente con bases fuertes y
oxidantes fuertes.
LIMITES DE EXPOSICION
TLV no establecido.
VIAS DE EXPOSICION
La sustancia se puede absorber por inhalación, a través de la piel y por ingestión.
RIESGO DE INHALACION
La evaporación a 20°C es despreciable; sin embargo se puede alcanzar rápidamente
una concentración molesta de partÃ-culas en el aire por dispersión del polvo.
EFECTOS DE EXPOSICION DE CORTA DURACION
La sustancia irrita los ojos, la piel y el tracto respiratorio. El ión salicilato puede tener
efectos sobre el sistema nervioso central.
EFECTOS DE EXPOSICION PROLONGADA O REPETIDA
El contacto prolongado o repetido con la piel puede producir dermatitis.
Punto de fusión: 159°C
Densidad relativa: 1.4 g/ml
Solubilidad en agua: g/100 ml a 20°C: 1.8
Punto de inflamación: 157°C
Temperatura de autoignición: 540°C
Ãcido Sulfúrico
Tabla Nº 4: Efectos producidos por el Acido Sulfúrico.
Acido Sulfúrico
a) Ingestión accidental: Corrosivo.
Dolor abdominal, sensación de
quemazón, vómitos, colapso.
Por exposición
aguda
b) Inhalación: Corrosivo. Sensación de
quemazón, tos, dificultad respiratoria, dolor
de garganta
c) Piel (Contacto y absorción): Corrosivo.
Dolor, enrojecimiento, quemaduras
cutáneas graves.
d) Ojos: Corrosivo. Dolor, enrojecimiento,
quemaduras profundas graves.
ESTADO FISICO; ASPECTO
LÃ-quido higroscópico, incoloro, aceitoso e inodoro.
PELIGROS QUIMICOS
Por combustión, formación de humos tóxicos de óxidos de azufre. La sustancia es un
oxidante fuerte y reacciona violentamente con materiales combustibles y reductores. La
sustancia es un ácido fuerte, reacciona violentamente con bases y es corrosiva para la
mayorÃ-a de metales más comunes, originando hidrógeno (gas inflamable y explosivo).
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Reacciona violentamente con agua y compuestos orgánicos con desprendimiento de calor
(véanse Notas). Al calentar se forman humos (o gases) irritantes o tóxicos (óxido de
azufre).
VIAS DE EXPOSICION
La sustancia se puede absorber por inhalación del aerosol y por ingestión.
RIESGO DE INHALACION
La evaporación a 20°C es despreciable; sin embargo, se puede alcanzar rápidamente
una concentración nociva de partÃ-culas en el aire por pulverización.
EFECTOS DE EXPOSICION DE CORTA DURACION
La sustancia es corrosiva de los ojos, la piel y el tracto respiratorio. Corrosiva por
ingestión. La inhalación del aerosol de la sustancia puede originar edema pulmonar
(véanse Notas).
EFECTOS DE EXPOSICION PROLONGADA O REPETIDA
Los pulmones pueden resultar afectados por la exposición prolongada o repetida al
aerosol de esta sustancia. Si las exposiciones al aerosol de esta sustancia son repetidas o
prolongadas existe el riesgo de presentar erosiones dentales.
Punto de ebullición (se descompone): 340°C
Densidad relativa : 1.8 g/ml
Solubilidad en agua: Miscible
Aspirina
Tabla Nº 5: Efectos producidos por La Aspirina.
Acido Acetil Salicilico
a) Ingestión accidental: No tiene riesgos
Por exposición
aguda
b) Inhalación: Tos, pesadez
c) Piel (Contacto y absorción):
Enrojecimiento.
d) Ojos: Enrojecimiento.
ESTADO FISICO; ASPECTO
Cristales, entre incoloros y blancos, o polvo. Adquiere olor a ácido acético por exposición a la humedad
ambiental.
PELIGROS FISICOS
Es posible la explosión del polvo si se encuentra mezclado con el aire en forma pulverulenta o granular.
PELIGROS QUIMICOS
La sustancia se descompone en contacto con agua caliente o cuando es disuelta en soluciones de carbonatos e
hidróxidos alcalinos. Durante un calentamiento intenso se producen humos tóxicos. Reacciona con
oxidantes fuertes, ácidos fuertes, bases fuertes.
VIAS DE EXPOSICION
La sustancia se puede absorber por inhalación y por ingestión.
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RIESGO DE INHALACION
La evaporación a 20°C es despreciable; sin embargo se puede alcanzar rápidamente una concentración
molesta de partÃ-culas en el aire.
EFECTOS DE EXPOSICION DE CORTA DURACION
La sustancia irrita los ojos, la piel y el tracto respiratorio. La exposición puede producir pérdida de
conocimiento.
EFECTOS DE EXPOSICION PROLONGADA O REPETIDA
La sustancia puede tener efectos sobre el hÃ-gado, riñones, vejiga, tracto gastrointestinal, sistema
cardiovascular y sistema nervioso central. La sustancia produce efectos sobre el tracto respiratorio, dando
lugar a reacciones alérgicas y asmáticas. La experimentación animal muestra que esta sustancia puede
causar toxicidad en la reproducción en humanos.
Punto de fusión: 135°C
Densidad relativa: 1.40
Solubilidad en agua: escasa: 0.25 g/100 ml a 15°C.
Cálculos y Resultados
Según la siguiente reacción calculamos los gramos teóricos necesarios para obtener el porcentaje de
rendimiento de la sÃ-ntesis de la aspirina.
PM: 138 g/mol PM: 102 g/mol PM: 180 g/mol
• Moles de los reactantes:
Mol de Ac. SalicÃ-lico = 5g = 0,036 moles de ac. SalicÃ-lico.
138 g/mol
g de AnhÃ-drido acético = 1,08 g/mL x 5 mL = 5,4 g de AnhÃ-drido acético.
Mol de AnhÃ-drido acético = 5,4 g = 0,0529 moles de AnhÃ-drido acético.
102 g/mol
• Calculo del reactivo limitante:
1 mol de Ac. SalicÃ-lico 1 mol de Ac. O− acetilsalicÃ-lico.
0,036 moles X mol
X mol = 0.036 moles de Ac. O− acetilsalicÃ-lico.
1 mol de AnhÃ-drido acético 1mol de Ac. AcetilsalicÃ-lico.
0,0529 moles X mol
X mol = 0,0529 moles de Ac. AcetilsalicÃ-lico.
• Por lo tanto el reactivo limitante es el Ac. SalicÃ-lico
8
Gramos teóricos = 0.036 moles x 180 g/mol
= 6,48 gramos Ac. AcetilsalicÃ-lico
• Cálculo del % Rendimiento:
Gramos obtenidos de ácido
Gramos de ácido
acetilsalicÃ-lico
acetilsalicÃ-lico teóricos
4.3
6.48
% rendimiento = 4.3 g obtenidos. x 100 = 66,40 %
6,48 g teóricos
• Constante fÃ-sica experimental de la Aspirina: El punto de fusión experimental del ácido
acetilsalicÃ-lico fue de: 137 º C
CONCLUSION Y DISCUSION
De la sÃ-ntesis de la aspirina se puede concluir lo siguiente:
El punto de fusión determinado en la aspirina sintetizada fue de 137 ºC, el cual comparado con el punto de
fusión teórico registrado en las tablas, 135−136 ºC, nos da la certeza de que los cristales obtenidos poseen
una pureza alta ya que nuestro punto es cercano al punto de fusión teórico. De esto podemos concluir que
nuestro trabajo realizado en laboratorio fue óptimo.
Los gramos de Ãcido AcetilsalicÃ-lico obtenidos fueron 4.3 g los que nos da un porcentaje de rendimiento
de un 66.40%. La diferencia entre los gramos teórico y los obtenidos, puede deberse a perdida de producto
en los procesos de filtración y recristalización, ambos realizados para eliminar las impurezas presentes en la
aspirina sintetizada.
BIBLIOGRAFIA
• Carey Francis, QuÃ-mica Orgánica, 1ª edición ,pág. 729−879− 887−888, McGraw−Hill/
Interamericana de España S.A.U, Madrid (1999).
• Hand Book of Chemistry, eleventh edición, sección 4−6−7−10, McGraw−Hill Book Company,
Estados Unidos (1973).
• McMurry Jhon, QuÃ-mica orgánica, 5ª edición, pág. 853−855, editorial Internacional Thomson
Editores.
• http://www.mtas.es/insht/ipcsnspn/nspn0000.htm
8
Ãcido SalicÃ-lico
AnhÃ-drido Acético
Ãcido AcetilsalicÃ-lico
OH
9
COOH
OO
II II
CH3−C−O−C−CH3
H2SO4
O
II
OCCH3
CO2
O
II
C H3COH
CO2
125ºC, 100 atm
ONa
OH
CO2Na
H+
OH
CO2H
Fenóxido Sódico
Salicilato Sódico
Acido SalicÃ-lico
CH2=C=O
O
II
10
CH3C−OH
OO
II II
CH3C−O−CCH3
Cetena
Acido Acético
AnhÃ-drido Acético
OH
COOH
OO
II II
CH3−C−O−C−CH3
H+ HSO4−
OH
COOH
O OH+
II II
CH3−C− O − C−CH3
â–²
O OH
II I
CH3−C−O−C−CH3
I
HO+
I
COOH
11
O OH
II I
CH3−C−O−C−CH3
I
HO+
I
COOH
O OH
II I
CH3−C−O+H−C−CH3
I
O
I
COOH
O
II
CH3−C−OH
O
II
CH3−C
I
COOH
Ãcido SalicÃ-lico
AnhÃ-drido Acético
Ãcido AcetilsalicÃ-lico
OH
12
COOH
OO
II II
CH3−C−O−C−CH3
H2SO4
O
II
OCCH3
CO2
13